JP2005310858A - ウェハ位置教示方法および教示治具装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 処理装置の間口の狭い場合でも、干渉させることなくウェハ位置を精度良く自動的に教示する方法およびその外部教示治具を提供する。
【解決手段】 本発明のウェハ搬送装置のウェハ位置教示方法は、収納容器と処理装置の間あるいは処理装置相互の間で半導体ウェハの搬送を行なうロボットに、収納容器あるいは処理装置の半導体ウェハを設置する位置に教示治具16を設置し、ロボットのウェハ把持部に設けたセンサで教示治具を検出することにより、ロボットに半導体ウェハの位置を教示するもので、教示治具16をセンサでセンシングする前に、処理装置の前面外壁に設置した外部教示治具17をセンサでセンシングにてセンシングを行い教示治具の位置をラフに推定し、その推定位置に基づいてセンサで教示治具にアプローチし、センシングして半導体ウェハの位置を求めるものである。

【選択図】 図７

Description

本発明は、半導体ウェハ搬送用ロボットに半導体ウェハの位置を教示する方法に関し、特に外部教示治具に関するものである。

従来、半導体ウェハ搬送用ロボットの教示作業は、一般の産業用ロボットと同様に、作業者が、搬送対象のウェハを目視して、その位置を確認してロボットをウェハに誘導していた。しかしながら、処理装置等の内部にあるウェハを外部から目視することは、困難あるいは不可能な場合がある。そこで、実物のウェハと同一寸法の教示治具をウェハの代わりに処理装置等に載置して、その教示治具の位置をロボットのエンドエフェクタに設けたセンサで検出して、ロボットに位置を教示するいわゆるオートティーチングの方法や装置が提案されている。
本願発明者等は、先に２つの透過光式センサを備えたハンドを使って教示治具のセンシングを行う方法を提案している（例えば、特許文献１参照）。従来のウェハ教示方法において、教示治具をロボットのウェハ把持部のセンサでセンシングするためにウェハ把持部を教示治具近傍へ自動で移動させる動作は、事前に装置図面から算出した教示位置（以後、事前教示位置と呼ぶ）に基づいて行っていた。また、本願発明者等はウェハ把持部を教示治具近傍へ移動させる動作を手動で行う方法も提案している（特願２００３−３５３７８３）が、自動化率を上げ教示操作の時間を短縮するためにも、ウェハ把持部の移動は自動が望ましい。
国際公開公報 ＷＯ０３／２２５３４

ところが、従来の方法では、ロボットに対する処理装置の設置精度がよくないと装置入り口の開口部（以後、間口と呼ぶ）が狭い装置では、ウェハ把持部を教示治具へアプローチさせる際に、ウェハ把持部を装置にぶつけてしまうといった問題があった。
そこで、本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、装置前面の外壁に設置した外部教示治具をセンシングし事前に教示位置を修正することにより、ウェハ把持部と装置との干渉させることなく、間口の狭い装置においても半導体ウェハの位置を自動的に精度良く教示できる方法を提供することを目的とする。更には、前記外部教示治具の設置により通常のウェハ搬送時におけるロボットの可動範囲を狭めることのない外部教示治具およびその設置方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明は、次のようにしたものである。
請求項１に記載の発明は、収納容器と処理装置の間あるいは処理装置相互の間で半導体ウェハの搬送を行なうロボットに、前記収納容器あるいは前記処理装置の半導体ウェハを設置する位置に教示治具を設置し、前記ロボットのウェハ把持部に設けたセンサで前記教示治具を検出することにより、前記ロボットに前記半導体ウェハの位置を教示するウェハ位置教示方法において、前記教示治具を前記センサでセンシングする前に、前記処理装置の前面外壁に設置した外部教示治具を前記センサにてセンシングを行い前記教示治具の位置をラフに推定し、その推定位置に基づいて前記センサで前記教示治具にアプローチし、センシングして前記半導体ウェハの位置を求めるものである。
請求項２に記載の発明は、前記外部教示治具の設置位置を、その円周の中心が前記処理装置内の前記教示治具の中心の正面に位置するよう設置したものである。
請求項３に記載の発明は、前記外部教示治具の設置位置を、ロボットの最小旋回姿勢での可動範囲外に設置したものである。
請求項４に記載の発明は、前記外部教示治具は、前記処理装置の前面外壁から取り外し可能にしたものである。
請求項５に記載の発明は、収納容器と処理装置の間あるいは処理装置相互の間で半導体ウェハの搬送を行なうロボットに前記半導体ウェハの位置を教示する教示治具装置において、前記処理装置の内部に設けた教示治具を検出する前に、予備的にセンシングを行う外部教示治具を設けたものである。
請求項６に記載の発明は、前記外部教示治具を円周部を有した形状とし前記処理装置の前面外壁に設けたものである。

請求項1、２、５、６に記載の発明によれば、装置前面外壁に設けた外部教示治具をセンシングすることにより教示治具の位置を推定し、コントローラが保持している装置図面から算出した事前教示位置を前記推定位置で置き換え、ロボットはこの修正された事前教示位置を基にして教示治具へアプローチすることによりウェハ把持部を装置と干渉することなく教示治具へ導くことができる。一旦、ウェハ把持部が教示治具へアプローチすることができれば、特許文献１のウェハ教示方法を実行でき、間口の狭い装置においてもその半導体ウェハの位置を自動的に教示することができるという効果がある。
また請求項３に記載の発明によれば、外部教示治具はロボットの最小旋回姿勢での可動範囲外にあるので、通常の搬送動作において、ロボットの姿勢を最小旋回姿勢に保っている限り、外部教示治具との干渉を意識することなくロボットを自由に移動させることができるという効果がある。
また請求項４に記載の発明によれば、通常の搬送動作時には、外部教示治具を取り外しておくことにより、ロボットは従来の可動範囲を自由に移動させることができるという効果がある。

以下、本発明の方法の具体的実施例について、図に基づいて説明する。

図１は本発明の実施例を示すロボットの平面図、図４はその側面図である。
図において、1は半導体ウェハ搬送用の水平多関節型のロボットであり、Ｗはロボット１の搬送対象の半導体ウェハである。ロボット1は、昇降自在な円柱状の支柱部2のロボット旋回中心軸７回りに水平面内で旋回する第1アーム3と、第１アーム3の先端に水平面内で旋回自在に取り付けられた第2アーム4と、第２アーム4の先端に水平面内で旋回自在に取り付けられたウェハ把持部5を備えている。ウェハ把持部5は半導体ウェハＷを載置しるＹ字形のハンドであって、Ｙ字形の先端に１組の透過式センサ6を備えている。なお、21は走行軸ユニット、22は走行軸ロボット架台である。ロボット１は走行軸ロボット架台22に固定されている。
ロボット1はつぎのように４自由度を有している。すなわち、図２の平面図に示すように、第１アーム3、第２アーム4およびウェハ把持部5の相対的な角度を保ったまま、第１アーム3を支柱部2の中心軸7回りに旋回させるθ軸動作（旋回）と、図３の平面図に示すように、第１アーム3、第２アーム4およびウェハ把持部5を一定の速度比を保って旋回させることにより、ウェハ把持部5を支柱部2の半径方向に伸縮させるR軸動作(伸縮) と、図４のように、支柱部2を昇降させるZ軸動作(昇降)と、図１のように、走行軸ユニット21の直線動作によりロボット1自身が走行運動するＴ軸動作（走行）である。
ここで、θ軸は反時計回りをプラス方向とし（図２参照）、R軸は、ウェハ把持部5を支柱部2から遠ざける方向、つまりアームを伸ばす方向をプラスとし（図３参照）、Z軸は、支柱部2を上昇させる方向をプラス（図４参照）、Ｔ軸は、ロボットを図面上方へ走行させる方向をプラス（図１参照）とする。

図５はウェハ把持部5の詳細を示す斜視図である。図において、8はＹ字形のウェハ把持部5の一方の端に取り付けられた発光部であり、9は他方の端に発光部8に対向するように取り付けられた受光部である。発光部8と受光部9で透過式センサ6を構成している。10は発光部8から受光部9に向かう光軸であり、透過式センサ6は光軸10を遮る物体を検出することができる。

図６は本発明のウェハ搬送装置の全体配置を示す平面図である。図において、14と15は処理装置、11と12と13は収納容器、16は教示治具、17は外部教示治具、18は最小旋回姿勢によるロボット1の可動範囲である。外部教示治具17は処理装置の前面外壁19に、その円周の中心が処理装置14内部の教示治具16の中心の正面に位置するよう取り付ける。また外部教示治具17はロボット1の最小旋回姿勢による可動範囲18を外して設置する。こうすることによって、外部教示治具17を設置したままでも、ロボット1は最小旋回姿勢で外部教示治具17と干渉することなく従来どおり走行軸による移動を行うことができる。更に外部教示治具17を取り外し可能な構造としておけば、従来どおりのロボット1の可動範囲を確保できることはいうまでもない。また、本実施例では、収納容器の前面外壁には外部教示治具17を設置していない。これは収納容器の間口は十分に広いからである。

図７は処理装置14に外部教示治具17を取り付けた装置の側面図、及び立面図である。図において、16は教示治具、17は外部教示治具、25はウェハ搬送面、19は処理装置の前面外壁、20は処理装置14の間口、Zofstは、ウェハ搬送面25と外部教示治具17の上面との距離を示し、Rofstは、図面上の教示位置の中心から外部教示治具17の中心までの距離を示す。外部教示治具17は、図のように処理装置の間口20の下部に設置する。これは通常のウェハ搬送時にロボット1のウェハ把持部5と外部教示治具17が干渉しないようロボットの経路から外した結果である。ZofstやRofstは外部教示治具17の取り付け位置を設計した時点で既知であるので、事前にコントローラへセットされる値である。こうして外部教示治具17の教示治具16に対する相対位置は決まるので、外部教示治具17の位置が求まれば、教示治具16の位置を推定することも可能である。

図８は外部教示治具の２つの例を示す図で、(a)はタイプＡの場合、(b)はタイプＢの場合を示す。タイプＡの場合、外部教示治具は円柱の形状をしており、その直径は３０ｍｍ程度、高さは６０ｍｍ程度である。壁面には固定用ピンを使って固定し、そのピンを抜くことによって外部教示治具の取り外しが可能である。タイプＢの場合は、アーチの形状をしており、その円弧部の直径は実ウェハ３００ｍｍよりも小さければ任意の値でよい。図８(a)、(b)に示すように外部教示治具は、ロボット1のウェハ把持部5の透過式センサ6でセンシングすることができる円周部を備えているものであれば、特にその大きさや形状を制限するものではない。本実施例の説明は図８(a)に示すタイプＡの外部教示治具を用いた場合について説明している。

図９は本発明の外部教示治具のセンシング方法を説明する図で、(a)は透過式センサ6を用いて外部教示治具17の円周部を検出した時の位置関係を示した平面図、(b)はその側面図である。実際のセンシング動作は、ロボット1のウェハ把持部5を引いた状態から、低速でＲ軸を伸ばし透過式センサ6が外部教示治具17を検出した時のＲ軸とｔｈ軸の値を記憶し、ウェハ把持部5を一旦引き、ウェハ把持部5の角度を変えて前記センシングを繰り返す。これにより、特許文献１に記載の教示治具の位置を求める方法と同じ原理で、外部教示治具17の位置を求めることができる。図９(b)は透過式センサ6が外部教示治具17を検出した状態から、ロボット1のＺ軸を低速で上昇させ透過式センサ6が外部教示治具17を検出しなくなった位置を示したものである。これにより外部教示治具17の上端のＺ軸の位置が求まる。

図１０は本発明による外部教示治具17の位置検出方法を示すフローチャートである。以下、この位置検出方法をステップを追って説明する。
（ステップ１）外部教示治具17を処理装置の前面外壁19に設置する。
（ステップ２）装置図面などの情報から外部教示治具17の取り付け位置は既知なので、外部教示治具17のセンシング開始位置へ自動でウェハ把持部5を移動させることができる。
ステップ３をスキップしてステップ４へ遷移する。
（ステップ３）ロボットのＲ軸を透過式センサ6が外部教示治具17を検出しない位置まで後退させる。
（ステップ４）θ軸を動作させて、ウェハ把持部5の向きを変え、次にＲ軸を動作させて、ウェハ把持部5を前進させて、外部教示治具17にゆっくり接近させ、透過式センサ6が外部教示治具17を最初に検出した（つまり光軸10が外部教示治具17の円周に接する）時のθ軸とＲ軸の座標を記録する。
（ステップ５）ステップ３とステップ４をＮ回繰り返したら、ステップ６へ遷移する。そうでなければステップ３へ戻る。Ｎは３以上の任意の値である。
（ステップ６）ステップ３とステップ４をＮ回繰り返して、ウェハ把持部5を異なる方向から外部教示治具17に接近させて、光軸10が外部教示治具17の円周に接する時のθ軸とＲ軸の座標を複数求めた。これらの値から最小２乗法を解くことにより、外部教示治具17の中心の位置（θ_Ｓ、Ｒｓ）を求めて記録する。この解法は特許文献１にて詳細に述べている。
（ステップ７）θ軸を動作させ、ウェハ把持部5が処理装置14へ対して直角となるよう移動させる。更にＲ軸を１０ｍｍ程度前進させ、Ｚ軸を動作させても透過式センサ6が外部教示治具17を確実に検出する状態にする。
（ステップ８）Ｚ軸を動作させ、ウェハ把持部5をゆっくり上昇させながら、透過式センサ6が外部教示治具17の上面を検出しなくなる（つまり光軸10が外部教示治具17の上面を超えた）時のＺ軸の値をＺsとして記録する。
（ステップ９）ステップ６とステップ８とで記録した値と事前にコントローラにセットしておいたＲofstやＺofstを使って処理装置14内部のウェハ教示位置を求める。この値の求め方は、次節で詳述する。推定したウェハ教示位置は、コントローラが事前に保持している事前教示位置とは別で記憶する。事前にコントローラへセットしている教示位置をPos1(θ₁、Ｒ₁、Ｚ₁、Ｔ₁)、本センシングで求めた推定教示位置24をPos2(θ₂、Ｒ₂、Ｚ₂、Ｔ₂)とする。
（ステップ１０）Pos1とPos2を各軸ごとに比較し、各軸ごとに設けたしきい値Thold(θ_t、Ｒ_t、Ｚ_t、Ｔ_t)を１軸でも超えているものがあれば、自動教示を中止としステップ１１へ遷移する。これは、図面上の処理装置14の設置位置と実際に設置された位置が大きくずれていることを示しており、自動教示を行う以前に装置の設置状態を確認することが必要だからである。
（ステップ１１）ステップ９で求めたPos1をコントローラの事前教示位置として上書きし、従来の自動教示動作を行う（特願２００３−３５３７８３に詳述）。従来の自動教示が正常終了すると、処理装置14の教示位置が正しく求まる。
（ステップ１２）ロボット1のアームを最小旋回姿勢に畳んで、自動教示終了とする。

図１１は本発明のウェハ位置推定方法を説明する図である。本図に従ってステップ９で述べた外部教示治具17の推定位置から処理装置内部の教示治具16の位置を推定する方法を説明する。図において、Ｒｓはステップ６で求めたロボット旋回中心7から外部教示治具17の中心までの距離である。θ_Sはステップ６で求めたロボット旋回中心7から外部教示治具17の中心までのトラック軸に対する角度である。Ｔ₁は外部教示治具17をセンシングした際のロボット旋回中心7のトラック軸の値である。これらの値からウェハ位置Pos2(θ₂、Ｒ₂、Ｚ₂、Ｔ₂)は、式（１）〜（４）により求めることができる。

このように、Pos2で事前教示位置が補正されるので、従来のウェハ教示方法において、ウェハ把持部5が処理装置14内に設置された教示治具16へアプローチする際の経路も補正され、ウェハ把持部5が処理装置の間口20を通過する際にウェハ把持部5を装置に干渉することを回避できる。

本発明は、半導体ウェハ搬送用ロボットに半導体ウェハの位置を教示する方法として有用である。

本発明のロボットの走行運動を示す平面図 本発明のロボットの旋回動作を示す平面図 本発明のロボットの伸縮動作を示す平面図 本発明のロボットの昇降動作を示す側面図 図１における透過式センサを示す斜視図 本発明のウェハ搬送装置の全体配置を示す平面図 本発明の外部教示治具の取付状態を示す説明図 本発明の外部教示治具の形状を示す斜視図 本発明の外部教示治具の位置検出方法を示す平面図 本発明の動作を示すフローチャート図 本発明の教示位置推定方法を示す説明図

符号の説明

１ ロボット
２ 支柱部
３ 第１アーム
４ 第２アーム
５ ウェハ把持部
６ 透過式センサ
７ ロボット旋回中心
８ 発光部
９ 受光部
１０ 光軸
１１、１２、１３ 収納容器
１４、１５ 処理装置
１６ 教示治具
１７、２３ 外部教示治具
１８ 最小旋回姿勢による可動範囲
１９ 処理装置の前面外壁
２０ 処理装置の間口
２１ 走行軸ユニット
２２ 可動架台
２４ 推定教示位置
２５ ウェハ搬送面
２６ 固定ピン

Claims (6)

1. 収納容器と処理装置の間あるいは処理装置相互の間で半導体ウェハの搬送を行なうロボットに、前記収納容器あるいは前記処理装置の半導体ウェハを設置する位置に教示治具を設置し、前記ロボットのウェハ把持部に設けたセンサで前記教示治具を検出することにより、前記ロボットに前記半導体ウェハの位置を教示するウェハ位置教示方法において、
   前記教示治具を前記センサでセンシングする前に、前記処理装置の前面外壁に設置した外部教示治具を前記センサにてセンシングを行い前記教示治具の位置をラフに推定し、その推定位置に基づいて前記センサで前記教示治具にアプローチし、センシングして前記半導体ウェハの位置を求めることを特徴とするウェハ位置教示方法。
2. 前記外部教示治具の設置位置は、その円周の中心が前記処理装置内の前記教示治具の中心の正面に位置するよう設置したことを特徴とする請求項１記載のウェハ位置教示方法。
3. 前記外部教示治具の設置位置は、ロボットの最小旋回姿勢での可動範囲外に設置したことを特徴とする請求項１または２記載のウェハ位置教示方法。
4. 前記外部教示治具は、前記処理装置の前面外壁から取り外し可能にしたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のウェハ位置教示方法。
5. 収納容器と処理装置の間あるいは処理装置相互の間で半導体ウェハの搬送を行なうロボットに前記半導体ウェハの位置を教示する教示治具装置において、
   前記処理装置の内部に設けた教示治具を検出する前に、予備的にセンシングを行う外部教示治具を設けたことを特徴とする教示治具装置。
6. 前記外部教示治具は、円周部を有した形状で前記処理装置の前面外壁に設けられたものであることを特徴とする請求項５記載の教示治具装置。

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